工模具钢的电渣重熔技术

NortheasternUniversity特殊钢先进冶金工艺与装备教育部工程研究中心工模具钢的电渣重熔技术姜周华东北大学2012年12月27日，河冶科技NortheasternUniversity特殊钢先进冶金工艺与装备教育部工程研究中心第一部分单位介绍特殊钢先进冶金工艺与装备教育部工程研究中心辽宁省特殊钢电冶金工程技术研究中心东北大学成立于1923年，1956年改为东北工学院，1993年恢复为东北大学。目前，东北大学是一所以工为主，理工文管体相结合的多科性国家重点大学，是教育部直属高校，是首批“211工程”和“985工程”的学校。下设9个学院，50多个研究所，1个设计研究院。其中材料与冶金学院是历史最悠久,力量最强的学科群.材料与冶金学院钢铁冶金研究所有色冶金研究所冶金物理化学研究所材料科学与工程研究所材料加工与成形研究所热能工程研究所……东北大学特殊钢冶金（电冶金）科研与产业组织机构图特殊钢先进冶金工艺与装备教育部工程研究中心辽宁省特殊钢电冶金工程技术研究中心沈阳东大材料先进制备工程研究中心新材料板块沈阳华盛冶金技术与装备有限公司装备制造沈阳东大中乌冶金技术工程有限公司国际合作营口东大材料佛山东工特钢冶金辅料特钢市场特殊钢工程研究中心简介2006年6月由教育部正式批准立项建设的国家创新体系（大学）的技术创新基地。本中心以东北大学的国家重点学科——钢铁冶金专业（主要以原电冶金教研室）为依托，是一个高校中冶金领域工程化技术研发和科技成果转化的重要基地和平台。中心现有职工70余人，在读博士硕士研究生30余人。中心的技术骨干多年来一直从事国家重大基础理论研究和国家重点科技攻关项目，曾获国家、冶金部和辽宁省科技进步奖20多项。中心下设办公室、财务部，研发部，设计部、生产经营部、商务部、技术委员会等7个部门。中心具有固定增产1500多万元，年各种经费收入近亿元。近期主要研发内容主要进行国家重大工程和装备用关键材料特种冶金技术的应用基础研究和工程化研究。这些关键材料包括大飞机工程、海洋工程、高铁工程、新能源工程和军工国防等所需的高温合金、精密合金、高强钢、高铁和风电轴承钢、高铁轮毂、高强特厚板、核电主管道不锈钢、核反应堆外壳材料等。其特种冶炼技术包括特大型（100吨以上）电渣钢锭的工艺和装备技术、保护气氛和加压电渣炉技术、电渣液态浇注大型空心锭技术、液态电渣复合特大型宽厚板支撑辊技术、大型真空感应熔炼技术与装备、大型真空自耗炉技术、电子束熔炼技术与装备等。荣誉证书国家科技进步二等奖国际电工委员会1906大奖辽宁省科学技术一等奖中国标准创新贡献奖中国冶金科学技术三等奖辽宁省科学技术二等奖中国冶金科学技术二等奖辽宁省科学技术三等奖国务院政府特殊津贴辽宁百千万人才百人层次获聘乌克兰冶金大学名誉教授电渣连铸高速钢W9Mo3Cr4V小方坯的组织性能研究人才基本情况荣誉证书中国机械工业一等奖辽宁省科学技术一等奖辽宁省科学成果转化二等奖中国冶金科学技术一等奖中国标准创新二等奖宝钢教育培训中心兼职教授邢钢专家委员会专家莱钢齐鲁学者中国冶金百科全书特冶副主编中国炼钢委员会学术委员太钢技术中心顾问中国金属协会委员本溪市政府科学技术一等奖抚顺市政府科学技术一等奖……质量、环境、职业健康安全认证——沈阳东大材料先进制备工程研究中心新建的985材冶科技创新平台大楼（本中心主要实验室）1、150kg顶底复吹感应炉模拟复吹转炉/AOD/EAF2、多功能精炼炉模拟LF、等离子加热3、多功能真空感应炉VIM/VD/VOD/PIM4、多功能电渣炉ESR/ESCC/IESR/PESR5、水模实验室实验室研发平台冶炼与检测设备特钢冶炼设备1、钢、渣成分分析直读光谱、质谱仪碳硫、氧氮分析仪2、质量、组织分析各种显微镜/扫描电镜/原位分析仪/夹杂物电解3、性能分析电化学工作站/腐蚀设备4、工艺分析PIV/粒度仪/热分析仪特钢分析检测设备特殊钢冶金实验室主要研究领域电渣冶金真空冶金、等离子冶金等其它特种熔炼电弧炉炼钢二次精炼钢的凝固冶金模型与过程自动化特殊钢品种开发在研科研项目国家“863”和重点基金项目——“氧化物冶金技术”国家自然科学基金项目1.液态电渣浇注复合轧辊2.含氢等离子LF精炼炉基础研究3.钢中超细镁铝尖晶石夹杂物生成机理及氧化物冶金作用研究4.镁在超高强度钢中的加压冶金理论和微合金化机理研究5.电渣重熔空心锭凝固过程数学模拟6.大型板坯电渣炉凝固数学模拟和质量控制国家科技重大专项课题（工信部）“大型电渣熔铸设备”中央高校基本科研项目“核电、石化用空心钢锭的基础研究”教育部基金项目“高氮不锈钢加压凝固过程中氮的偏析行为研究”“十二五”国家重大项目国家大飞机项目“超高强度钢超纯净化技术研究”863重大专项“高速列车轴承材料关键技术”863重大专项“大型风电用轴承材料关键技术”863重大专项“超超临界火电机组用特殊钢材料”国家重大科技支撑项目“节约资源型不锈钢”工程中心主要产品电渣炉系列多功能真空感应炉多功能非真空感应炉LF炉直流LF炉AOD炉VOD炉IVOD炉（感应加热）直流电弧感应炉模拟试验转炉模拟AOD炉全套炼钢中试车间炉渣性能检测仪器冶金高温实验设备炼钢水模装置特殊钢中试线的开发与应用为钢铁企业技术中心开发了多条炼钢中试线功能：模拟转炉、电弧炉、LF炉、VD和凝固等工艺功能提高新产品开发必须的高质量钢锭和铸坯；装备和控制软件开发主要设备：模拟试验转炉、AOD/VOD试验炉、LF/VD实验炉、等离子电弧炉、凝固试验装置、电渣炉、真空感应炉等特种冶金设备应用单位：宝钢、马钢、韶钢、首钢、鞍钢、太钢、武钢、河钢等企业的技术中心或研究院，大幅度提升了我国钢铁企业的研发能力中国科学院舞阳钢铁中钢邢机中冶集团马钢集团兴澄特钢唐钢集团天津钢铁宝钢集团合作单位德国ALD国际合作与交流与10多个国家20多数大学和科研机构建立了学术交流与科研合作关系。与国际上最著名的特种冶金企业建立了合作关系。乌克兰巴顿研究所奥地利因泰克美国康萨克特殊钢先进冶金工艺与装备教育部工程研究中心人才基本情况装备基地电气与自动化设备制造基地位于浑南（东陵区白塔浦）车间厂房面积1000m2年生产能力：各种控制柜台200套具备小型机加工能力制造人员：10人电渣冶金成果简介电渣冶金是东北大学钢铁冶金学科的重要研究方向之一。从1958年我国第一台电渣炉开始就一直从事这个方向的研究。经过50年和几代人的不懈努力，在电渣冶金理论、工艺和设备方面作了大量的工作，取得了一批重大成果，并在实践中得到应用。（1）基础理论研究：炉渣的物理化学性能研究、钢锭的凝固过程温度场、应力场和组织性能模拟、重熔过程热平衡计算、电磁场模拟计算等研究在国内外处于先进水平。（2）工艺研究：率先在国内外提出电渣工艺参数匹配计算方法，节电工艺方法；在无氟渣的开发利用，电渣熔铸各方面等工艺技术在实际生产中得到应用。电渣冶金成果简介（4）论文和著作：在电渣冶金领域在国内外刊物上发表论文300多篇，出版专著10多部。（5）获奖：获国家奖励1项；省部级科技进步等6项，其中二等奖2项；其他各种奖励10多项。（6）姜周华教授于2002年被国际电热学会推举为电渣炉两项国际标准工作组组长（该标准已于2005年8月正式在全世界出版发行），2005年获国际电工委员会（IEC）“1906特殊贡献奖”。2006年获中国机械工业科学技术一等奖。IEC已于2005年8月26日批准并在IEC发布。电渣炉两项国际标准负责制定电渣炉两项国际标准，为我国首次获得“IEC1906”大奖。形成一套具有自主知识产权的专有技术开发了二十几项专有技术，申请了十五项国家专利推广了电渣炉100多套，培养博士、硕士20多名，撰写和发表研究报告、论文50多篇，成果转让20多项《一种板坯电渣炉》——ZL20071010096.X《连铸式电渣炉》——ZL200620089551.0《一种双极串连在T形结晶器中的固态启动方法》——ZL200610046626.1《一种导电结晶器》——ZL200720010214.2《一种用于电渣重熔过程中的密封保护装置》——ZL200720010213.8电渣炉设备业绩从60年代以来，开发了各种形式的电渣炉100多台套，是国内设计电渣炉最多的单位。特别是90年代以来，成功研制了以液压传动或滚珠丝杠传动为核心的新型机械设备，以工控机和PLC为硬件，以专家系统模型控制为软件的智能化集散控制系统，使电渣炉的装备水平逐步与国际水平接轨。自动化系统是与我校信息学院自动化专业合作开发的。我校自动化学科在教育部2003年全国学科评估中名列第一。电渣炉成套工艺和设备开发与应用技术路线1.电渣连铸（ESCC)——生产效率传统ESR：熔池深度与电极熔化速度成正比，为保证钢锭结晶质量，熔化速度与锭直径之比不超过1。ESCC：将熔化和结晶的热过程分离，使熔化速度与金属熔池深度几乎不相关;将连铸思想引入电渣过程。电渣炉成套工艺和设备开发与应用1.电渣连铸——工业应用世界最大断面的电渣连铸设备（兴澄特钢公司）连铸式电渣炉(邢钢)电渣炉成套工艺和设备开发与应用1.电渣连铸——产品280325mm300340mmΦ600电渣炉成套工艺和设备开发与应用1.电渣连铸——流程的变革（意义）新流程：实现电渣生产高级特殊钢的连续化、高效化和低成本化传统流程：钢锭单件生产效率低、成材率低、电耗高电渣炉成套工艺和设备开发与应用2.保护气氛电渣炉可基本避免电极和炉渣的氧化Ti,Zr,Al,Si等元素的氧化烧损可以基本避免,特别有利于含Al,Ti高温合金的窄成分控制可以获得高洁净度的钢锭用Ar保护时可以防止钢的吸氮和吸氢对于含N钢可以采用氮气保护电渣炉成套工艺和设备开发与应用二次电压有载无级可调保护气氛（氩气或氮气）称重传感器连续测量电极熔化速度并实现熔速控制短网密排平行与同轴布置5吨保护气氛电渣炉（台湾中钢精材公司）20吨保护气氛电渣炉（宝钢）冶钢16吨IESR500kg保护气氛电渣炉（宝钢研究院特钢所）电渣炉成套工艺和设备开发与应用50吨特大型板坯电渣炉3.大型板坯电渣炉（舞钢）低频供电：0-5Hz双极串联技术结晶器移动式抽锭二次冷却最大断面：1000×2000mm电耗：1000-1150kWh.t-1产品：高强特厚板电渣炉成套工艺和设备开发与应用40吨尺寸为950×2000×2800mm电渣板坯电渣炉成套工艺和设备开发与应用武钢集团鄂钢20t(40t)板坯电渣炉电渣炉成套工艺和设备开发与应用25t管坯电渣炉最大钢锭尺寸Ф1100×6000mm空心锭和实心锭两种锭型双电源结晶器导电车载式电极升降机构不断电交换电极T型结晶器抽锭式液面检测与自动控制电渣炉成套工艺和设备开发与应用电渣重熔空心锭热试车(900/200mm)电渣重熔空心锭热试车(900/500mm)电渣重熔空心锭热试车(900/500mm)5.液态电渣浇注技术:(a)(b)(c)电渣炉成套工艺和设备开发与应用5.液态电渣连铸试验电渣炉成套工艺和设备开发与应用预熔渣在生产过程中成分、气体含量及渣中杂质元素的精确控制是影响预熔渣产品质量的重要因素，其生产难度较大。东北大学攻克了预熔渣生产的各种难题，采用电熔法成功的开发出了质量合格的各种类型预熔渣，渣中各主要组元的成分波动较小，水分含量极低，对于容易引起钢锭质量问题的FeO、P、S及Bi、Pb、Cu等杂质含量进行严格控制，产品质量稳定。6.预熔渣的开发电渣炉成套工艺和设备开发与应用种类%CaF2CaOAl2O3SiO2MgO70F/0/0/3070.0±3.0-30.0±3.0--51F/20/5/20/551.0±3.020.0±2.520.0±2.5-5.0±1.060F/10/0/2560.0±3.010.0±2.025.0±3.05.0±0.8-60F/15/3/17/560.0±3.015.0